基于有机模板的分子筛制备碳点及其光致发光性质研究

发布时间：2018-03-11 07:49

  本文选题：分子筛　切入点：有机模板剂　出处：《吉林大学》2017年博士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：分子筛是一类具有规则孔道结构且广泛应用于吸附分离、催化、离子交换等领域的无机微孔晶体材料。有机胺或有机季铵盐作为模板剂/结构导向剂通常存在于分子筛的孔道或笼中。碳纳米点是一类组成主要为碳元素,表面被含氧/氮等基团功能化,尺寸范围在1-10 nm的碳基纳米材料,通常简称为碳点。因其具有发光颜色易调变、低毒、耐光漂白等优异的性质,自2004年被发现以来被广泛研究。本论文利用分子筛孔道的限域作用,原位碳化其孔道中的有机模板剂来制备发光的碳点。通过调控分子筛的孔道结构,有机模板剂的种类及碳化条件等,制备了具有不同组成、结构和发光性质的碳点,详细研究了所制备碳点的光致变色性质,初步探究了碳点的发光机理。论文取得的主要成果如下:1.在1.0 Al_2O_3:1.0 MgO:2.2 P_2O_5:5.0 N-methylpiperazine(NMPZ):350 H_2O反应体系中,水热合成了拓扑结构为CHA的磷酸铝镁分子筛Mg APO-44,有机模板剂N-甲基哌嗪(NMPZ)限域在分子筛的cha笼中。将合成的分子筛晶体于空气气氛中经400°C煅烧处理四小时,原位生成碳纳米点@Mg APO-44复合材料,再通过酸/碱刻蚀无机骨架后提纯可得碳纳米点(CNDs-z)。此方法制备的CNDs-z粒径均一,约为2.5 nm,具有石墨化的内核和含氮/氧高度功能化的表面,并显示出良好的水溶性。在不同浓度的CNDs-z溶液中(0.04 g L-1~1.36 g L-1),碳点可发生不同程度的聚集,CNDs-z的最优发射波长随碳点溶液浓度的增大而红移,通过控制CNDs-z溶液的浓度可实现发光由蓝到红的全色调变。2.调变N-甲基哌啶(NMPD)为有机模板剂,在1.0 Al_2O_3:1.0 MgO:2.2 P_2O_5:5.0N-methylpiperidine(NMPD):350 H_2O反应体系中,水热合成了具有CHA拓扑结构的磷酸铝镁分子筛Mg APO-44。将合成的分子筛晶体于空气气氛中经450°C煅烧处理四小时,制得碳纳米点@Mg APO-44复合材料。通过酸/碱刻蚀无机骨架后得到碳纳米点(CNDs-d)。研究表明制备的CNDs-d具有与CNDs-z相似的石墨化的内核,但不同的氮/氧基功能化的表面。CNDs-d呈扁球形,具有约2.5 nm的直径和约1.8 nm的高度。荧光分析表明CNDs-d具有多发光中心,其中蓝色发光中心显示出激发波长依赖的发光性质,而绿色发光中心显示出发光不依赖于激发波长的性质。当使用390nm的光源激发,发射光谱呈现出位于460 nm和515 nm的两个峰,且双峰表现出对温度、p H和羟基自由基等不同的响应,表明其在多模式传感领域的潜在价值。3.采用薄层色谱技术将CNDs-d分离出CNDs-A和CNDs-B两种主要的组分,荧光分析表明这两组分的发光分别对应着CNDs-d的绿色(G发光中心)发光部分和蓝青色(B和C发光中心)发光部分。对CNDs-A和CNDs-B进行FTIR、UV-vis、XPS、时间分辨发射光谱等表征以探讨CNDs-d各发光中心的发光来源。研究结果表明荧光为绿色的CNDs-A含有较少的C=C、C=O、C-OH和较多的NH_2基团,表现出稳态的激发波长不依赖及时间分辨的时间不依赖的发光性质,其515 nm的绿色发光(即CNDs-d的G发光中心)可归属为含NH_2基团的准分子态发光。与CNDs-A不同,荧光为蓝青色的CNDs-B中含有较多的C=C、C=O和C-OH基团,其在350 nm-520nm发射波长处表现出稳态的激发波长依赖及时间分辨的时间依赖的发光部分(即CNDs-d的B发光中心)可归属为极性表面基团的发光;其激发波长位于240 nm-280nm紫外区的发光(即CNDs-d的C发光中心)可归属为π-π共轭区域的发光。过氧化氢对CNDs-d的多中心发光的影响及氩气气氛碳化产物光谱的分析对比也印证了以上的推论。
[Abstract]:Molecular sieve is a kind of ordered porous structure and is widely used in adsorption separation, catalysis, inorganic microporous crystal materials in the field of ion exchange. Organic amine or organic quaternary ammonium salt as the template agent / structure directing agent is usually found in the zeolite pores or cage. Point is a kind of carbon nano carbon is mainly composed of elements. The surface oxygen / nitrogen functional groups on carbon nano materials, 1-10 nm size range, usually referred to as carbon. Because of its light color adjustable, low toxicity, light bleaching and other excellent properties, since 2004 was found to be widely studied. The confinement effect of molecular sieve pore the organic template in situ carbonizing the pores of the prepared luminescent carbon. The pore structure control of molecular sieve, organic template types and carbonization conditions, were prepared with different compositions, structures and luminescent properties of c-dots,. 缁嗙爺绌朵簡鎵，

本文编号：1597236